Задать вопрос
+7-932-129-43-76
+7-932-129-48-92
Задать вопрос
Быстро и надежно

Сдвигоустойчивость асфальтобетона (асфальта)

Под сдвигоустойчивостью понимают способность материала сопротивляться развитию пластических деформаций. Покрытие с плохими показателями по этому свойству проседает под колесами автомобилей, на нем образуются продольные углубления. Поэтому сдвигоустойчивость еще называют устойчивостью к колееобразованию.

Заметим, что такие дефекты могут появляться и по другим причинам, не только от колес машин. Подробнее об этом можно прочитать в статье Колееобразование асфальта.

Асфальтовая дорога в лесу
Трещины на асфальте
Деформации на асфальте

В этой же статье мы рассмотрим такие вопросы:

  • В чем разница между сдвигоустойчивостью и деформативностью
  • От чего зависит сдвигоустойчивость асфальта
  • Как определяется сдвигоустойчивость (стойкость к колееобразованию)
  • Требования к сдвигоустойчивости асфальта
  • Как улучшить сдвигоустойчивость дорожного покрытия
  • Давайте поговорим о каждом из них подробнее.

В чем разница между сдвигоустойчивостью и деформативностью

Деформативностью асфальтобетона называют его способность изменять форму без раскалывания и растрескивания: сжиматься, растягиваться, изгибаться. Ее можно спутать со сдвигоустойчивостью. Но это принципиально разные понятия.

Для начала давайте разберемся, какие виды деформаций существуют:

  • Упругие (обратимые) – они исчезают сразу же после того, как с объекта снимают нагрузку
  • Пластические (необратимые) – они сохраняются после удаления нагрузки

Для наглядности приведем пример. Если сжать в руке резиновый мячик, а потом отпустить, он тут же примет изначальную форму – это упругая деформация. А если проделать то же самое с шариком из пластилина или глины, он просто сомнется. Это пластическая деформация.

Способность упруго сжиматься и растягиваться для асфальтобетона – это хорошо. Она предотвращает появление трещин при низких температурах. А вот необратимые изменения плохо сказываются на качестве и долговечности покрытия.

Понятие деформативности включает в себя и то, и другое. Оно более широкое и абстрактное. А сдвигоустойчивость касается конкретно необратимых преобразований.

А есть еще более узкое понимание этого свойства. Оно приводится в Методических рекомендациях Росавтодора:

«Сдвигоустойчивость – свойство асфальтобетона в покрытии сопротивляться образованию пластических деформаций под воздействием транспорта в теплый период года».

Здесь отражена практическая сторона этой характеристики. Ведь риск образования дефектов появляется тогда, когда асфальт в жару разогревается и становится более податливым.

Теперь вы имеете представление о сущности сдвигоустойчивости. В продолжении статьи мы рассмотрим факторы, которые на нее влияют.

От чего зависит сдвигоустойчивость асфальтобетона

Асфальт изготавливается с использованием органического вяжущего (битума), деформативные свойства которого зависят от температуры. В мороз он твердый и хрупкий, в теплом состоянии – мягкий, а при сильном нагревании ведет себя как вязкая жидкость.

Поэтому сдвигоустойчивость определяют как внутренние, так и внешние факторы:

  • Происхождение минерального наполнителя
    Щебень из осадочных пород частично абсорбирует компоненты битума, из-за чего вяжущего не хватает для полноценного обволакивания зерен. Лучше брать щебень из магматических пород.
  • Форма зерен
    Частицы щебня и отсева – шероховатые, с острыми углами. Они крепко сцепляются друг с другом в строительных смесях и растворах. А вот природные песок и гравий имеют низкую адгезию, поэтому асфальт на их основе получается пластичным.
  • Сцепление битума с щебнем и песком
    Если оно низкое, то битумные пленки со временем отслаиваются от зерен наполнителя. Это снижает не только сдвигоустойчивость, но и ряд других важных свойств асфальта – например, водостойкость.
  • Вязкость битума
    Чем она выше, тем дольше битум остается в твердом состоянии при нагревании – тем больше он сопротивляется внешним воздействиям. Однако тут есть и обратная сторона. При низких температурах очень вязкий битум растрескивается.
  • Температура покрытия
    Сдвигоустойчивость повышается с увеличением температуры воздуха. Максимальной она будет в знойный летний день, когда асфальт может разогреваться до 60-70°С.

В следующих разделах мы подробнее остановимся на том, как эта характеристика материала оценивается и нормируется в соответствии с ГОСТами.

Как определяется сдвигоустойчивость асфальтобетона

Метод испытания этого свойства описан в ГОСТ 12801-98. Он проводится в лабораторных условиях с использованием гидравлического пресса и специального обжимного устройства по схеме Маршалла.

Для оценки сдвигоустойчивости используются два показателя:

  • Коэффициент внутреннего трения
  • Сцепление при сдвиге

Для испытания готовят четное число образцов – не менее шести. Это могут быть пробы асфальтобетонной смеси, уплотненные в лаборатории, или вырубки из дорожного покрытия. Перед началом измерений их в течение часа выдерживают в воде при температуре 50°С.

Процедура испытания выглядит так:

  1. Одну половину образцов подвергают вертикальной одноосной нагрузке. Для этого их устанавливают под пресс и начинают нагружать со скоростью 50 мм/мин. Фиксируют нагрузку, при которой образцы начинают разрушаться, время нагрузки и предельную деформацию.
  2. Вторую половину испытывают на обжимной установке при той же скорости нагрузки – 50 мм/мин. Аналогичным образом записывают необходимые данные.
  3. Для каждого из шести (или более) образцов вычисляют работу деформирования A:
    Формула для вычисления работы деформирования

    Для каждой половины партии высчитывают среднее арифметическое полученных значений.

  4. Коэффициент внутреннего трения tgϕ получают по формуле:
    Формула для вычисления коэффициента внутреннего трения
  5. Затем определяют сцепление при сдвиге Cп:
    Формула для вычисления сцепления при сдвиге

Подробнее об этой характеристике вы можете прочитать в статье Прочность асфальта.

Полученные показатели используются для оценки соответствия асфальта ГОСТу и определения его марки по качеству.

Требования к сдвигоустойчивости асфальтобетона

Прежде чем мы начнем разговор о нормировании сдвигоустойчивости, давайте вспомним основные классификации асфальта: по пористости, марке и содержанию щебня.

По пористости асфальтобетон делится на:

  • Высокопористый – содержание воздушных пустот от 10% до 18%
  • Пористый – от 5% до 10%
  • Плотный – от 2,5% до 5%
  • Высокоплотный – от 1% до 2,5%

По качеству материал делится на три марки:

  • Марка I – асфальт с самыми высокими показателями для своего вида
  • Марка II – асфальт среднего качества
  • Марка III – асфальт с удовлетворительными характеристиками для неответственных работ

По содержанию щебня выделяются пять типов:

  • Тип А – 50-60% щебня
  • Тип Б (Бх) – 40-50% щебня или гравия
  • Тип В (Вх) – 30-40% щебня или гравия
  • Тип Г (Гх) – песчаный (с отсевом дробления)
  • Тип Д (Дх) – песчаный (с природным песком)

Подробнее об этих и других классификациях вы можете прочитать на странице Виды асфальта.

Требования к показателям сдвигоустойчивости приведены в ГОСТ 9128-2013. Они нормируются только для горячих смесей. Это обусловлено тем, что холодный асфальт в принципе не используется для строительства дорог – для него эта характеристика не особо важна.

Допускаются такие пределы значений:

Показатель Вид асфальта Марка
I II III
Коэффициент внутреннего трения, не менее Высокоплотный 0,88-0,91
Плотный тип А 0,86-0,89 0,86-0,89
Плотный тип Б 0,80-0,83 0,80-0,83 0,79-0,81
Плотный тип В 0,74-0,78 0,73-0,77
Плотный тип Г 0,78-0,82 0,78-0,82 0,76-0,80
Плотный тип Д 0,64-0,70 0,62-0,66
Пористый и высокопористый Не нормируется
Сцепление при сдвиге, МПа, не менее Высокоплотный 0,25-0,30
Тип А 0,23-0,26 0,22-0,25
Тип Б 0,32-0,38 0,31-0,36 0,29-0,36
Тип В 0,37-0,44 0,36-0,42
Тип Г 0,34-0,38 0,33-0,37 0,32-0,36
Тип Д 0,47-0,55 0,45-0,50
Пористый и высокопористый Не нормируется

Для вашего удобства, ниже мы разместили эту же самую таблицу в виде картинки:

Таблица пределов значений по сдвигоустойчивости асфальта

Прочерк в таблице значит, что такой вид асфальтобетона ГОСТом в принципе не предусмотрен. Например, асфальт на природном песке (тип Д) имеет настолько низкие показатели, что даже лучшие его образцы к марке I не отнести.

Как улучшить сдвигоустойчивость асфальтобетона

Это свойство материала напрямую определяет долговечность дорожного покрытия. Высокая пластичность приводит к необратимым деформациям, образованию колей и наплывов.

Как мы уже отмечали, сдвигоустойчивость во многом зависит от свойств битума. Но в России практически не производится вяжущее, которое могло бы обеспечить действительно высокие показатели асфальта в наших сложных климатических условиях. Поэтому при строительстве дорог с высокой нагрузкой его приходится модифицировать.

Для этого используются специальные добавки:

  • Адгезионные
    Это поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые увеличивают внутреннее сцепление смеси и улучшают прилипание битума к наполнителю. За счет этого асфальт становится более жестким и крепким.
  • Полимерные
    Для снижения теплочувствительности битум модифицируется термоэластопластами (искусственным каучуком). Благодаря этому при низких температурах покрытие имеет хорошие показатели деформативности, а в жару остается прочным и не плавится.
  • Стабилизирующие
    Это различные волокна (целлюлозные, хризотиловые, базальтовые и другие), которые позволяют улучшить структуру битума в смесях с высоким содержанием щебня. Именно таким образом производится щебеночно-мастичный асфальтобетон (ЩМА) – покрытие с очень прочным и жестким каркасом, которое используется на автомагистралях и крупных городских дорогах.
  • Резиновые
    Такие добавки придают битуму эластичность и упругость. Резиноасфальтобетон (или, как его еще называют, прорезиненный асфальт) хорошо переносит сильные нагрузки, меньше склонен к образованию пластических деформаций и колей.

Подведем итог.

Сдвигоустойчивость характеризует способность асфальта сопротивляться появлению необратимых деформаций. Она особенно актуальна в жару, когда вяжущее в составе материала размягчается и становится пластичным. В соответствии с ГОСТ 9128-2013, это свойство оценивается по коэффициенту внутреннего трения и сцеплению при сдвиге. Повысить сдвигоустойчивость можно при помощи добавок: ПАВ, термоэластопластов, целлюлозного волокна и резиновой крошки.